基于3D打印导光体的透光混凝土的制备与性能研究

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透光混凝土是将透光材料与混凝土相结合,制成的一种具有半透明效果的混凝土材料,这种材料不仅拥有混凝土的强度,而且兼具透光材料的透光性能。用透光混凝土制备的墙体,白天光线通过透光材料进入室内,可减少电能的使用;晚上室内物体的形状通过透光材料映射到墙体表面,为单调的墙体增加了生机,拓展了建筑的功能。透光混凝土拥有节能和装饰双重作用,极大地推动了建筑的节能和绿色发展。随着技术的发展,3D打印技术已经成为当前的热点,广泛应用于建筑、医疗、航空、汽车等各个领域。利用3D打印技术制备透光混凝土导光体以及模具,可简化制备流程,减少材料的浪费,从根本上解决导光体排布和图形图案单一的问题,为透光混凝土的制备提供了一种新的思路并且符合绿色建材的发展理念。在未来,3D打印技术有望在透光混凝土行业中得到更多应用,拥有广阔的前景。为此,本论文探索了基于3D打印导光体的透光混凝土的制备及其相应性能的研究,主要工作如下:1)利用超细粉煤灰作掺合料,通过调整超细粉煤灰在胶凝材料中的掺量、胶砂比、水胶比制备自流平砂浆,并对砂浆试样的工作性能和力学性能进行测试,实验结果表明:超细粉煤灰在胶凝材料中的占比为20%、胶砂比6:4、水灰比0.450时,自流平砂浆各项性能最优。2)研究了3D打印的PLA导光体和PLA-树脂复合导光体的透光性能、拉伸性能的变化规律,并使用环氧树脂AB胶对上述两种导光体进行表面改性,实验结果表明:PLA导光体厚度从1 mm增加到3 mm,透光率从22.5%下降到9.5%,下降幅度高达58.0%;PLA-树脂复合导光体厚度从2 mm增加到4 mm,透光率从91.9%下降到86.9%,下降幅度仅为5.1%。此外,表面改性的PLA导光体厚度从1 mm增加到3 mm,透光率提升幅度从52.1%下降为11.2%,说明表面改性可以改善PLA导光体的透光性能,但导光体越厚,改善效果越差。拉伸性能测试结果显示,对PLA导光体表面改性弥补了3D打印过程中产生的裂缝缺陷,增强其拉伸性能,拉伸强度提升10.7%。3)研究了不同种类、不同直径、不同体积占比、不同排布方式的导光体对透光混凝土抗折、抗压强度的影响,以及表面改性和未改性的导光体与基体界面结合处水化产物的种类和数量的变化情况。实验结果表明:导光体占比为5%时,对7 d、28 d抗折抗压强度的影响较小;随着导光体体积占比的增大,透光混凝土的7 d、28 d抗折抗压强度逐渐下降,且强度下降速率增加。当导光体直径、体积占比相同时,导光体表面改性,可改善透光混凝土的力学性能。此外,PLA-树脂复合导光体交错排布,可以改善抗折强度,但是对抗压强度的影响不明显。利用PLA导光体成型的透光混凝土,界面结合处水灰比较大,并且存在气泡、微裂纹等缺陷,对透光混凝土的强度会产生一定的影响,但对导光体表面进行改性,不会改变界面结合处主要水化产物的种类,但会一定程度上降低Ca(OH)2的含量,从而减弱对界面结合处强度的不利影响。
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